土的壓縮與沉降-計(jì)算土的壓縮性指標(biāo)（工程巖土課件）

第二十講土的壓縮性學(xué)習(xí)內(nèi)容一壓縮的概念二土的壓縮性指標(biāo)一、土的壓縮概念土被碾壓、體積變形一、土的壓縮概念

土的壓縮性是指在土在壓力作用下體積壓縮變小的性能。從理論上，土的壓縮變形可能是：（1）土粒本身的壓縮變形；（2）孔隙中不同形態(tài)的水和氣體的壓縮變形；（3）孔隙中水和氣體有一部分被擠出，土的顆粒相互靠攏使孔隙體積減小?？紫吨兴蜌怏w有一部分被擠出，土的顆粒相互靠攏使孔隙體積減小。二、土的壓縮變形類型為研究土的壓縮性，通常將土的壓縮變形分為有側(cè)限壓縮和無側(cè)限壓縮。（1）有側(cè)限壓縮（無側(cè)脹壓縮）：受壓土的周圍受到限制，受壓過程中基本上不能向側(cè)面膨脹，只能發(fā)生垂直方向變形。（A）（B）（C）（D）（2）無側(cè)限壓縮（有側(cè)脹壓縮）：受壓土的周圍基本沒有受到限制，受壓過程中除了發(fā)生垂直方向變形之外，還將發(fā)生側(cè)向的膨脹變形。三、土的壓縮性指標(biāo)反映土的壓縮性的指標(biāo)主要有:1、壓縮系數(shù)a2、壓縮模量Es3、壓縮指數(shù)Cc4、變形模量E0壓縮性指標(biāo)，通常由工程地質(zhì)勘察取天然結(jié)構(gòu)的原狀土樣進(jìn)行。1、壓縮系數(shù)a

將常規(guī)壓縮試驗(yàn)所得的e-p數(shù)據(jù)采用普通直角坐標(biāo)繪制成e-p曲線，如圖所示。設(shè)壓力由p1增至p2，相應(yīng)的孔隙比由e1減小到e2，e-p壓縮曲線圖

e-p曲線確定壓縮系數(shù)

用割線M1M2的斜率來表示土在這一段壓力范圍的壓縮性式中a—為壓縮系數(shù)，MPa-1；壓縮系數(shù)愈大，土的壓縮性愈高。（E）壓縮系數(shù)a值與土所受的荷載大小有關(guān)。工程中一般采用100～200kPa壓力區(qū)間內(nèi)對應(yīng)的壓縮系數(shù)a1-2來評價(jià)土的壓縮性。即

a1-2<0.1MPa-1時(shí)，低壓縮性土0.1≤a1-2<0.5MPa-1時(shí)，中壓縮性土a1-2≥0.5MPa-1時(shí)，高壓縮性土2、壓縮指數(shù)Cce-lgp曲線確定壓縮指數(shù)e~lgp坐標(biāo)系統(tǒng)中的曲線上直線的斜率。（1）Cc是無量綱系數(shù)（2）Cc值越大，土的壓縮性越高。（3）雖然a和Cc

都反映土的壓縮性指標(biāo)，但兩者有所不同。前者隨所取的初始壓力及壓力增量的大小而異，而后者在較高的壓力范圍內(nèi)卻是常量，不隨壓力而變。（F）3、壓縮模量壓縮模量：土體在完全側(cè)限（無側(cè)限膨脹）的條件下，豎向應(yīng)力增量與豎向應(yīng)變增量的比值。（G）（H）（I）（J）4、變形模量●土的變形模量：土體在無側(cè)向約束條件下，豎向應(yīng)力與豎向應(yīng)變的比值。豎向應(yīng)變中包括彈性應(yīng)變和塑性應(yīng)變。變形模量與壓縮模量之間的關(guān)系：變形模量可以由現(xiàn)場靜荷載試驗(yàn)或旁壓試驗(yàn)測定。第二十一講土的壓縮試驗(yàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容一室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗(yàn)二現(xiàn)場載荷試驗(yàn)三旁壓試驗(yàn)

土的壓縮性指標(biāo)，可以通過室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗(yàn)、現(xiàn)場載荷試驗(yàn)和旁壓試驗(yàn)得到。1、室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗(yàn)

室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗(yàn)亦稱固結(jié)試驗(yàn)，是研究土壓縮性最基本的方法。所謂側(cè)限，就是使土樣在豎向壓力作用下只能發(fā)生豎向變形，而無側(cè)向變形。室內(nèi)壓縮試驗(yàn)采用的試驗(yàn)裝置為壓縮儀，又稱固結(jié)儀。試驗(yàn)時(shí)將切有土樣的環(huán)刀置于剛性護(hù)環(huán)中，由于金屬環(huán)刀及剛性護(hù)環(huán)的限制，使得土樣在豎向壓力作用下只能發(fā)生豎向變形，而無側(cè)向變形。在土樣上下放置的透水石是土樣受壓后排出孔隙水的兩個(gè)界面。壓縮過程中豎向壓力通過剛性板施加給土樣，土樣產(chǎn)生的壓縮量可通過百分表量測。常規(guī)壓縮試驗(yàn)通過逐級加荷進(jìn)行試驗(yàn)，常用的分級加荷量p為：50kPa,100kPa,200kPa,300kPa,400kPa。1、室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗(yàn)土的壓縮是由于孔隙體積減小，所以土的變形常用孔隙比ｅ表示。室內(nèi)壓縮試驗(yàn)采用的試驗(yàn)裝置——固結(jié)儀通過側(cè)限壓縮試驗(yàn)，求得各級壓力下的孔隙比后，以縱坐標(biāo)表示孔隙比，以橫坐標(biāo)表示壓力，便可以根據(jù)壓縮試驗(yàn)成果繪制孔隙比與壓力的關(guān)系曲線，稱為壓縮曲線。二、現(xiàn)場載荷試驗(yàn)現(xiàn)場載荷試驗(yàn)是在工程現(xiàn)場通過千斤頂逐級對置于地基土上的載荷板施加荷載，觀測記錄沉降隨時(shí)間的發(fā)展以及穩(wěn)定時(shí)的沉降量s，并繪制成p-s曲線，即獲得地基土載荷試驗(yàn)的結(jié)果。

1－承壓板2－千斤頂

3－百分表4－平臺(tái)5－支墩

6－堆載二、現(xiàn)場載荷試驗(yàn)（1）壓密階段（2）局部剪切階段（3）破壞階段（1）壓密階段。相當(dāng)于曲線0點(diǎn)至pcr段。關(guān)系接近直線，此階段變形主要是土的孔隙體積被壓縮而引起土粒垂直方向?yàn)橹鞯奈灰?，稱為壓密變形。（2）局部剪切階段。相當(dāng)于直線pcr至pu段，此時(shí)直線不再是直線關(guān)系，而是曲線。此階段變形在壓密變形的同時(shí)，地基土中局部區(qū)域肥肉剪應(yīng)力超過土的抗剪強(qiáng)度，而引起土粒之間相互錯(cuò)動(dòng)的位移稱為剪切變形，也稱塑性變形。（3）破壞階段。塑性變形區(qū)的不斷發(fā)展，導(dǎo)致地基穩(wěn)定性的降低，而且趨于完全破壞階段。即超過pu之后的那一段曲線。地基達(dá)到完全破壞時(shí)的荷載，稱為地基的極限荷載。利用載荷試驗(yàn)的結(jié)果曲線，還可以計(jì)算出變形模量。三、旁壓試驗(yàn)載荷試驗(yàn)一般只適宜在地表下不深處進(jìn)行。如果要測定地下較深處土層的壓縮性指標(biāo)，可以做旁壓試驗(yàn)。旁壓儀試驗(yàn)是在現(xiàn)場鉆孔中進(jìn)行的一種水平向荷載試驗(yàn)。具體試驗(yàn)方法是將一個(gè)圓柱形的旁壓器放到鉆孔內(nèi)設(shè)計(jì)標(biāo)高，加壓使得旁壓器橫向膨脹，根據(jù)試驗(yàn)的讀數(shù)可以得到鉆孔橫向擴(kuò)張的體積-壓力或應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線，據(jù)此可用來估計(jì)地基承載力，測定土的強(qiáng)度參數(shù)、變形參數(shù)、基床系數(shù)，估算基礎(chǔ)沉降、單樁承載力與沉降。三、旁壓試驗(yàn)根據(jù)所測結(jié)果，得到壓力p和位移值S間的關(guān)系,即旁壓曲線。從而得到地基土層的臨塑壓力，極限壓力、旁壓模量等有關(guān)土力學(xué)指標(biāo)。三、旁壓試驗(yàn)VABCDpupcrpopIIIIII（1）I段(曲線AB):初步階段，反映孔壁受擾動(dòng)土的壓縮;（2）II段(直線BC):似彈性階段，壓力與體積變化量大致成直線關(guān)